一种用于四极杆质谱仪的控制与数据采集系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于质谱仪技术领域，特别是涉及一种四极杆质谱仪中用于射频电源控制和数据采集的控制采集系统。
【背景技术】
[0002]质谱仪是一种分离和检测不同同位素的仪器，其原理是根据带电粒子在电磁场中能够偏转的原理，按物质原子、分子或分子碎片的质量差异进行分离和检测物质组成的一类仪器。
[0003]质谱仪主要由以下几部分组成:样品引入系统、离子源、接口部分、离子聚焦系统、质量分析器、检测系统等，其中，质量分析器是其核心部分。根据质量分析器的种类和原理不同，质谱仪可以分为磁偏转式质谱仪、离子阱质谱仪(IT-MS)、飞行时间质谱仪(TOF-MS)、傅里叶变换离子回旋共振质谱仪(FTICR-MS)和四极杆质谱仪(Q-MS)等。而其中，四极杆质谱仪是目前最成熟且应用最广泛的一种。
[0004]四极杆质量分析器一般由4根相同长度和直径的圆柱形或双曲面的金属棒组成，长度一般为150?200mm，直径大约10mm，工作频率为2?3MHz，主要起到将离子按照质荷比分离的作用，该功能的实现是通过控制电路控制射频电源，将幅度为U和V的直流和射频施加在每根极棒上，一对极棒为正，另一对极棒为负，施加在每对极棒上的电压都具有同样的幅度，但相位相差180°。被分析的离子沿轴向被引进四极杆装置的一端，施加的射频电压使所有离子偏转进入一个振荡路径而通过极棒，适当地选择射频和直流电压，则只有给定的m/z离子才能获得稳定的路径而通过极棒，从其另一端输出，其他离子将被过分偏转，与极棒碰撞，并在极棒上被中和而丢失，从而实现了分离离子的功能。
[0005]四极杆质量分析器系统将离子按质荷比分离后最终引入检测器，检测器将离子转换成电子脉冲，然后将此微弱小信号经前放模块处理放大，发送给数据采集模块进行采集计数。计数值的大小与样品中分析离子的浓度有关，通过与已知浓度的标准比较，实现未知样品的痕量元素的定量分析。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于提供一种用于四极杆质谱仪的控制与数据采集系统，采用ARM和FPGA相结合的架构，利用ARM芯片外设丰富、通讯功能强大及控制能力强的优点与计算机进行通讯；利用FPGA芯片并行处理能力强和速度快的优点进行电压控制与数据采集计数。具体如下:
[0007]—种控制采集系统，用于质谱仪中射频电源的控制，进而实现被测离子的筛选，同时对检测器系统出来的电子脉冲信号进行采集计数，并上传至计算机进行数据处理。包括控制模块、通讯模块、数模转换模块、数据采集模块、电平转换模块和运放调制模块。
[0008]其中控制模块，与通讯模块通过CAN总线相连，并耦接于数模转换模块和数据采集模块，用于根据计算机设置值经数模转换模块转换之后输出控制电压；同时，按照数据采集流程控制数据采集模块进行数据采集，并将采集数据传输至计算机进行数据处理。
[0009]通讯模块，耦接于控制模块和计算机，用于控制模块和计算机之间的数据通讯。
[0010]数模转换模块，耦接于控制模块和运放调制模块，用于产生四极杆射频电源的控制电压。
[0011]数据采集模块，耦接于控制模块和电平转换模块，用于对调制后的信号进行采集计数。
[0012]电平转换模块，耦接于数据采集模块，用于将前放传来的脉冲信号进行调制。
[0013]运放调制模块，耦接于数模转换模块，用于对数模转换模块输出的电压进行调制得到所需的电压值。
[0014]由上可知，本发明所提出的控制采集系统中，控制模块通过通讯模块根据计算机设置值，一方面控制数模转换模块输出控制电压，该控制电压经运放调制模块调制后，输出给四极杆射频电源产生四极杆所需电压；另一方面控制模块根据整个数据采集流程，控制电平转换模块将脉冲信号输入到数据采集模块进行采集计数，并将计数值通过通讯模块传给计算机进行数据处理。
【附图说明】
[0015]图1为本发明的实施方式的控制采集系统的模块示意图。
【具体实施方式】
[0016]为了使本领域相关技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合本发明实施方式的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述。
[0017]关于本文中所出现的“耦接”，可以指两模块(或单元、元件)的直接连接，也可以指两模块(或单元、元件)的间接连接，即两模块(或单元、元件)间还存在其他模块(或单元、元件)。
[0018]参照图1，图1绘示了本发明一实施方式的控制采集系统的模块示意图。
[0019]本实施方式中，控制模块，与通讯模块通过CAN总线相连，并耦接于数模转换模块和数据采集模块，用于根据计算机设置值经数模转换模块转换之后输出控制电压；同时，按照数据采集流程控制数据采集模块进行数据采集，并将采集数据传输至计算机进行数据处理。
[0020]通讯模块，耦接于控制模块和计算机，用于控制模块和计算机之间的数据通讯。
[0021]数模转换模块，耦接于控制模块和运放调制模块，用于产生四极杆射频电源的控制电压。
[0022]数据采集模块，耦接于控制模块和电平转换模块，用于对调制后的信号进行采集计数。
[0023]电平转换模块，耦接于数据采集模块，用于将前放传来的脉冲信号进行调制。
[0024]运放调制模块，耦接于数模转换模块，用于对数模转换模块输出的电压进行调制得到所需的电压值。
[0025]以上仅表达了本发明的部分实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种用于四极杆质谱仪的控制与数据采集系统，其特征在于，包括控制模块、通讯模块、数模转换模块、数据采集模块、电平转换模块和运放调制模块； 控制模块与通讯模块通过CAN总线相连，并耦接于数模转换模块和数据采集模块，用于根据计算机设置值经数模转换模块转换之后输出控制电压；同时，按照数据采集流程控制数据采集模块进行数据采集，并将采集数据传输至计算机进行数据处理； 通讯模块耦接于控制模块和计算机，用于控制模块和计算机之间的数据通讯； 数模转换模块耦接于控制模块和运放调制模块，用于产生四极杆射频电源的控制电压； 数据采集模块耦接于控制模块和电平转换模块，用于对调制后的信号进行采集计数； 电平转换模块耦接于数据采集模块，用于将前放传来的脉冲信号进行调制； 运放调制模块耦接于数模转换模块，用于对数模转换模块输出的电压进行调制得到所需的电压值。
【专利摘要】一种用于四极杆质谱仪的控制与数据采集系统，属于质谱仪技术领域。该数据采集系统包括：数模转换模块，用于产生控制电压；电平转换模块，用于将前放传来的脉冲信号进行调制；数据采集模块，耦接于电平转换模块，用于对调制后的信号进行采集计数；控制模块，耦接于数模转换模块和数据采集模块，用于根据计算机设置值经数模转换模块转换之后输出控制电压；同时，按照数据采集流程控制数据采集模块进行数据采集，并将采集数据传输至计算机进行数据处理。本发明提出的控制采集系统同时实现了四极杆射频电源的控制和仪器的数据采集，提高了仪器的精密控制和自动化程度。
【IPC分类】G01N27/62, H01J49/42
【公开号】CN105097417
【申请号】CN201510524762
【发明人】李凯, 李明, 宋春苗, 宫小燕, 何小意, 唐兴斌, 刘述清, 吕海马
【申请人】钢研纳克检测技术有限公司
【公开日】2015年11月25日
【申请日】2015年8月24日